1.2 Состав и основные параметры литейных цехов

Литейные цехи состоят из производственных и вспомогательных отделений, размещенных в различных пролетах и объединенных транспортными средствами таким образом, чтобы маршруты грузопотоков исходных материалов, формовочных и стержневых смесей, форм, стержней, готовых отливок и отходов не пересекались. Ниже приведена номенклатура производственных, вспомогательных отделений и складов. Производственные отделения:

• плавильное с участком навески шихты;

• формовочное (с установками для сушки форм);

• заливочно-выбивное;

• стержневое (со складом стержней и сушилами);

• смесеприготовительное;

• термообрубное (с участками исправления дефектных отливок, гидроиспытания, грунтовки и т.п.).

Вспомогательные отделения и участки:

• подготовки шихтовых материалов;

• подготовки формовочных материалов;

• ремонта ковшей и плавильных печей;

• регенерации формовочных песков;

• приготовления литейной окраски;

• трансформаторный;

• насосная станция и компрессорная;

• ремонтные службы;

• вентиляционные и пылеочистные установки;

• инструментальная кладовая;

• цеховые лаборатории.

Склады:

• шихты и флюсов;

• топлива;

• формовочных материалов;

• огнеупоров;

• вспомогательных материалов;

• моделей и стержневых ящиков;

• опок;

• готовых отливок.

Выбор основных параметров литейных цехов и оптимизацию проектных решений следует проводить на основе классификации, включающей следующие признаки: вид литейных сплавов, массу выпускаемых отливок, серийность производства отливок, отраслевое назначение отливок, технологический процесс получения отливок, сложность и назначение отливок, степень механизации и автоматизации производственных процессов, режим работы, объем производства (мощность).

По виду литейных сплавов принята следующая индексация цехов: серого чугуна СЧ; ковкого чугуна КЧ; высокопрочного чугуна ВЧ; сталелитейные из углеродистой стали УС; легированной стали ЛС; марганцовистой стали ГЛ; цветных сплавов тяжелых – бронзолатунных БрЛ, цинковых ЦС и легких алюминиевых АЛС, магниевых МГС, титановых ТС и т.п.

Вид сплава определяет в первую очередь тип и конструкцию плавильных агрегатов, основное оборудование и транспортные средства шихтового, плавильного и заливочного отделений, а также способ изготовления отливок.

Классификация литейных цехов по массе отливок тесно связана с видом сплава и серийностью производства отливок (таблица 1).

В зависимости от количества отливок по годовой программе различают цехи единичного, мелкосерийного, серийного, крупносерийного и массового производства (таблица 2).

Таблица 1 – Классификация литейных цехов по максимальной массе

отливок, кг

Класс цеха	Характеристика цеха	Отливки из черных и тяжелых цветных сплавов при производстве		Отливки из легких цветных сплавов
		массовом и крупносерийном	единичном, мелкосерийном, серийном	в кокили	под давлением
I II III IV V	Мелких отливок Средних отливок Крупных отливок Тяжелых отливок Особо тяжелых отливок	до 10 до 50 до 500 более 500 -	до 100 до 1000 до 5000 до 20000 более 200000	до 1,0 до 6,0 до 25,0 более 25,0 -	до 0,2 до 1,0 до 6,0 более 6,0 -

Серийность производства определяет способ изготовления отливок, уровень механизации и автоматизации литейных цехов. Применение автоматических линий и использование современных средств технической кибернетики наиболее эффективно в цехах крупносерийного и массового производства.

По отраслевому назначению отливок литейные цехи условно можно подразделить на производящие отливки для:

- общего машиностроения, электромашиностроения, арматуростроения и т.п.; масса отливок не превышает 100 кг, производство серийное, крупносерийное и массовое;

- среднего машиностроения, типа текстильного, автомобильного, тракторного и сельскохозяйственного; масса отливок преимущественно до 100 кг, максимальная 1000 кг, производство серийное или мелкосерийное, в автомобилестроении массовое;

- крупного машиностроения типа дизелестроения, компрессоростроения, судостроения, среднего станкостроения; масса отливок преимущественно до 500 кг, максимальная до 5000 кг, производство серийное или мелкосерийное;

- тяжелого машиностроения (турбостроение, крупное станкостроение, горно-обогатительное оборудование и т.п.); масса отливок преимущественно до 2000 кг, максимальная до 15000 кг, производство мелкосерийное или индивидуальное;

- особо тяжелого машиностроения (изготовление прокатных станов, блюмингов, тяжелых станков, атомно-энергетических установок и т.п.); масса отливок преимущественно от 2000 до 10000 кг, максимальная до 60000…80000 кг.

Таблица 2 – Классификация литейных цехов по серийности

производства отливок из черных сплавов

Масса отливок, кг	Число отливок одного наименования по годовой программе, шт
	единичное, менее	Мелкосерий ное	серийное	крупносерийное	массовое, более
8	500	501…6000	6001…30000	30001…200000	200000
8…20	300	301…3000	3001…15000	15001…100000	100000
20…50	200	201…2500	2501…10000	10001…60000	60000
50…100	150	151…2000	2001…8700	8701…53000	53000
100…250	95	96…1400	1401…7000	7001…37500	37500
250…500	75	76…1000	1001…4500	4501…25000	25000
500…1000	50	51…600	601…3000	3001…20000	20000
1000…2000	40	41…400	401…2000	2001…13500	13500
2000…5000	20	21…150	151…550	551…4500	4500
5000…10000	10	11…50	51…100	101…1000	1000
10000…20000	7	8…25	26…50	51	-
20000	5	6…12	13…30	-	-

Отраслевая принадлежность литейных цехов определяет серийность, выбор технологического процесса получения отливок в ряде случаев предметную специализацию, что определяет организацию производства.

По технологическому процессу получения отливок литейные цехи делят на две группы: цехи, в которых отливки изготавливают в объемных разовых или полупостоянных песчаных формах; цехи, в которых применяют специальные способы литья (по выплавляемым моделям, в металлические, оболочковые формы и т.д.). Классификация по технологическому процессу тесно связана с серийностью производства, видом литейных сплавов и массой отливок. Она определяет вид оборудования, применяемого для основных отделений проектируемого цеха, выбор транспортных средств, уровень механизации и автоматизации и организацию работы.

По сложности и назначению отливок литейные цехи подразделяют на следующие категории.

Цехи, производящие простые по конфигурации малоответственные отливки с толщиной стенок не менее 6 мм, из серого чугуна марок СЧ10 и СЧ15 (ГОСТ 1412-85) или из углеродистой стали (ГОСТ 977-88) с толщиной стенок не менее 12 мм. Количество стержней в форме не более четырех, расход стержневой смеси на 1 т годных отливок не более 0,3 м³. Примеры отливок: печная арматура, фундаментные плиты, маховики, строительные детали, ручки и т.п. Механической обработке подвергается одна - две поверхности отливок.

Цехи, производящие отливки средней сложности. В этом случае на моделях имеются отъемные части, количество стержней сложной конфигурации в форме достигает 5 шт, а расход стержневой смеси достигает 0,5 м³ на 1 т годных отливок. В таких цехах до 50% отливок изготавливают “по сухому” или в формах из жидкостекольных смесей, отверждаемых углекислым газом, либо в формах из холоднотвердеющих смесей. Механической обработке подвергаются наружные и внутренние поверхности отливок, толщина стенок их не менее 6…8 мм. Примеры отливок: шестерни, шкивы, крышки редукторов, рамы дизелей и компрессоров и т.п.

Цехи, производящие сложные отливки ответственного назначения из литейных сплавов высоких марок (чугуны марок СЧ25 и выше, ВЧ38-17 по ГОСТ 7293-85 и др., легированных и углеродистых сталей повышенного качества, сплавов цветных металлов). Модели отливок имеют два и более разъемов, отъемные части, количество стержней в форме может достигать нескольких десятков, расход стержневой смеси 1,5 м³ и более на 1 т. Отливки подвергают всесторонней механической обработке и испытаниям на герметичность, ультразвуковому или иному контролю с целью обнаружения скрытых дефектов. Примеры отливок: ответственные детали дизелей, компрессоров, станков и т.п.

Классификация цехов по сложности и назначению отливок определяет выбор технологического процесса (способ формообразования, конструкцию модельной оснастки и др.), тип оборудования в формовочных и стержневых отделениях, соотношение площадей этих отделений, объем и способы осуществления финишных операций, съем с 1 м² площади (таблица 3) и другие технико-экономические характеристики.

Таблица 3 – Зависимость съема с общей площади цеха от степени

сложности отливок

Группа сложности	Съем, т/м2*год
	чугунные отливки	стальные отливки
1 2 3	1,8…2,0 1,3…1,5 1,0…1,2	1,5…1,7 0,9…1,1 0,8…1,0

По степени механизации производственных процессов литейные цехи подразделяются на:

- маломеханизированные, где изготовление форм и стержней, сборка, заливка и другие операции выполняются с помощью периодически действующих механизмов или вручную;

- среднемеханизированные, где механизированы основные процессы (изготовление форм и стержней, приготовление формовочных и стержневых смесей и т.п.) и транспортные операции (с помощью транспортеров и элеваторов для формовочных материалов и смесей и мостовых кранов и тельферов для форм и стержней, шихты, жидкого металла и готовых отливок);

- комплексномеханизированные, где все производственные процессы механизированы; транспортные операции выполняются с помощью конвейеров или рольгангов;

- автоматизированные, где применяются автоматические линии для приготовления и транспортировки форм и стержней, транспортировки шихтовых материалов и готовых отливок, манипуляторы (роботы) для сборки и заливки форм и выполнения других операций.

По режиму работы литейные цехи подразделяются на два основных вида:

- со ступенчатым режимом при разделении производственных процессов по времени и их выполнении последовательно на одних и тех же площадях, в этом случае изготовление форм, например, производят в первую смену, заливку их металлом – во вторую, выбивку – в третью;

- с параллельным режимом при одновременном выполнении производственных процессов во всех отделениях цеха; вредные операции обязательно локализуются с помощью герметизированных устройств с местными отсосами; параллельный режим может быть односменным, двухсменным и трехсменным, наиболее распространен двухсменный, так как при односменном недостаточно полно используется оборудование цеха, а при трехсменном трудно обеспечить исправное состояние основного оборудования и транспортных средств.

В зависимости от массы отливок и характера их производства в различных отделениях цехов возможно применение комбинированного режима работы. Например, производство крупных отливок в кессонах осуществляют по ступенчатому режиму, а мелких и средних на конвейерах – по параллельному режиму. Режим работы выбирается в зависимости от серийности и объема производства, преимущественной и максимальной массы отливок, рода металла и типа плавильных печей, способа формообразования, уровня механизации и автоматизации. Мощность цеха (годовой объем производства отливок в тоннах) определяется в зависимости от массы отливок (таблица 4).

Таблица 4 – Классификация литейных цехов по объему производства

(мощности)

Класс цеха	Масса отливок, кг	Мощность цеха, т/год
		малая, до	средняя	большая, более
1 2 3 4 5	до 100 100…1000 100…5000 5000…20000 более 20000	2000 3000 4000 6000 8000	2000…6000 3000…9000 4000…10000 6000…12000 8000…15000	6000 9000 10000 12000 15000

Оптимальная мощность выбирается по критериям интенсивного использования высокопроизводительного оборудования, эффективности капитальных вложений, создания надлежащих санитарно-технических условий производства и т.д. Приведенная классификация (таблица 4) не учитывает специализацию цехов, существенно влияющую на выбор оптимальной мощности.

Специализация цехов может осуществляться по технологическому или предметному (детальному) признаку. С точки зрения специализации отливки можно разделить на следующие виды:

- производимые в массовом количестве в объемных песчаных формах, например радиаторы отопительные, ванны купальные, котлы отопительные, изложницы, трубы, кольца поршневые, маслоты, фитинги и т.д.;

- производимые специальными методами литья, например трубы канализационные, напорные и фасонные части к ним, детали приборов, двигателей внутреннего сгорания, лопатки турбинные, инструмент и т.д.;

- получаемые в машино - и станкостроении мелкими сериями или единичными, например в станкостроении, компрессоростроении, дизелестроении, турбостроении и т.д.

Оптимальные мощности специализированных литейных цехов устанавливаются в зависимости от способа формообразования, массы отливок и вида сплава (таблица 5).

Таблица 5 – Оптимальный объем производства (мощность)

специализированных литейных цехов

Сплав	Назначение отливок и признаки специализации	Масса отливок, кг		Объем производства, т/год
1	2	3		4
	Производство отливок в объемных песчаных формах 1 Специализация по отливкам
Серый чугун	Радиаторы отопительные Ванны купальные Котлы отопительные Кольца поршневые	10 120 150 0,05…10		35000…70000 15000…25000 20000…30000 5000…10000
	2 Специализация технологическая Массовое и крупносерийное производство
Серый чугун Ковкий чугун Сталь	Отливки автотракторные То же То же Отливки вагонные и др. То же		100…300 400…500 25…60 100…200 200…500	5000…125000 15000…300000 30000…80000 50000…10000 10000…125000
	3 Специализация технологическая Серийное и мелкосерийное производство
Серый чугун	Отливки станкостроительные, строймашин и др. То же	100…1000 1000…5000		40000…60000 30000…40000

Продолжение таблицы 5

Сплав	Назначение отливок и признаки специализации	Масса отливок, кг	Объем производства, т/год
1	2	3	4
Сталь	Отливки компрессорные, отливки для прессов и т.п. То же	100…1000 1000…5000	40000…50000 30000…40000
	4 Специализация технологическая Мелкосерийное и единичное производство
Серый чугун Сталь	Отливки станкостроительные и строймашин Отливки машиностроительные (базовые цехи) То же Отливки для экскаваторов, прессов и т.п.	1000…50000 500…1000 1000…5000 1000…50000	25000…35000 40000…60000 30000…40000 30000…60000
	Производство отливок специальными способами 1 Специализация по отливкам
Серый чугун	Трубы канализационные, центробежное литье Трубы напорные, центробежное литье То же	(50…150) (200…300) (350…1000)	45000…70000 100000 160000
	2 Специализация технологическая
Серый чугун Сталь Алюминиевые сплавы Бронза	Фасонные отливки в металлических формах То же То же То же То же	10…500 50…100 10…30 5…20 1…2	20000…35000 40000…80000 60000…80000 5000..12000 10000…15000
	3 Литье под давлением
Бронза Цинковые сплавы Алюминиевые сплавы	Отливки фасонные То же То же	0,2…1 1…5 1…5	2000…3000 5000…6000 1000…6000